AlphaFold2 can predict single-mutation effects on structure and phenotype

AlphaFold2 (AF) is a promising tool, but is it accurate enough to predict single mutation effects? Here, we report that a measure for localized structural deformation between protein pairs differing by only 1-3 mutations is correlated across 4,645 experimental and AF-predicted structures. Furthermore, analysis of $\sim$11,000 proteins shows that the local structural change correlates with various phenotypic changes. These findings suggest that AF can predict the magnitude of single-mutation effects in many proteins, and we propose a method to identify those proteins for which AF is most predictive

Comparison of calculation methods for sections of dispersion in X-ray spectral region

Проведено сравнение различных вариантов расчетов дифференциальных сечений рассеяния с экспериментально полученными значениями. Расчеты выполнены для случая рассеяния фотонов с энергией 22.1 кэВ, что соответствует характеристической линии Ag QUOTE, на атомах химических элементов с 6 < Z < 81 и угла рассеяния 133º. Экспериментальные данные сопоставлены с результатами расчетов на основе различных модификаций форм-факторных (FF) приближений без учета (MFF) и с учетом аномального рассеяния (ASFs); по аппроксимационным уравнениям для атомных форм-факторов и некогерентной функции рассеяния для широкого диапазона ( Z = 1-100) атомов химических элементов и параметра, результатов расчетов по программе Xraylib, в которой используется аппроксимация кубическими сплайнами квантово-механических расчетов, а также приближенных формул. Проведены количественные оценки отличий измеренных и расчетных результатов дифференциальных сечений рассеяния. Уточнено значение величины поправки на аномальное рассеяние в приближенной формуле для расчета дифференциального сечения когерентного рассеяния, предложенной А.В. Бахтиаровым и Г.А. Пшеничным.Coherent and non-coherent dispersion of the x-rayed photons on atoms, molecules and solid body at subzero energies of photons (less than 60 keV) is an important instrument for the receipt of information about structural properties of materials and their chemical composition. In the real work comparison of results of calculations is conducted in differential coefficients of coherent and non-coherent dispersion of different approaching with experimentally measuring. Calculations are executed in the form-factorial approaching (FF) without (MFF) and with taking into account anomalous dispersion (ASFs); on approximation equalizations of atomic form-factors and non-coherent function of dispersion for the wide field of numbers of chemical elements and parameter; on the program Xraylib, in that approximation is used the cube splines of quantum-mechanical calculations, and also on close formulas based on Thomas Fermi method. Calculations and experimental measuring are conducted for dispersion of photons with energy 22.1 keV, that corresponds to the characteristic line of Ag K α on elements with atomic numbers 6 < Z < 81 and angle of dispersion 133º. The quantitative estimations of difference of the expected values of sections of dispersion and measured are got. Values are specified by permanent screening in a close formula for the calculation of coefficient of coherent dispersion. A value is specified by permanent screening in a close formula for the calculation of coefficient of coherent dispersion. It is shown that change of value permanent screening from 2 to 0.3 notably improves convergence of results of calculation with an experiment. It is turned out that the calculations of sections for multielectronic atoms (large Z ) give the most divergences with the results of experiment

СОПОСТАВЛЕНИЕ СПОСОБОВ РАСЧЕТА СЕЧЕНИЙ РАССЕЯНИЯ В РЕНТГЕНОВСКОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА

Coherent and non-coherent dispersion of the x-rayed photons on atoms, molecules and solid body at subzero energies of photons (less than 60 keV) is an important instrument for the receipt of information about structural properties of materials and their chemical composition. In the real work comparison of results of calculations is conducted in differential coefficients of coherent and non-coherent dispersion of different approaching with experimentally measuring. Calculations are executed in the form-factorial approaching (FF) without (MFF) and with taking into account anomalous dispersion (ASFs); on approximation equalizations of atomic form-factors and non-coherent function of dispersion for the wide field of numbers of chemical elements and parameter; on the program Xraylib, in that approximation is used the cube splines of quantum-mechanical calculations, and also on close formulas based on Thomas Fermi method. Calculations and experimental measuring are conducted for dispersion of photons with energy 22.1 keV, that corresponds to the characteristic line of AgKα on elements with atomic numbers 6   Z 81 and angle of dispersion 133º. The quantitative estimations of difference of the expected values of sections of dispersion and measured are got. Values are specified by permanent screening in a close formula for the calculation of coefficient of coherent dispersion. A value is specified by permanent screening in a close formula for the calculation of coefficient of coherent dispersion. It is shown  that change of value permanent screening from 2 to 0.3 notably improves convergence of results of calculation with an experiment. It is turned out that the calculations of sections for multielectronic atoms (large Z) give the most divergences with the results of experiment.Keywords: the dissipated x-rayed radiation, sections of coherent and non-coherent dispersion, form-factorial approaching.(Russian)  DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2015.19.2.003 A.L.Tsvetyanskii, A.N.Eritenko and A.A.PolevFederal State Autonomous Educational Institution of Higher Education "Southern Federal University", Rostov-na-Donu, Russian FederationПроведено сравнение различных вариантов расчетов дифференциальных сечений рассеяния с экспериментально полученными значениями. Расчеты выполнены для случая рассеяния фотонов с энергией 22.1 кэВ, что соответствует характеристической линии Ag, на атомах химических элементов с 6 Z 81 и угла рассеяния 133º. Экспериментальные данные сопоставлены с результатами расчетов на основе различных модификаций форм-факторных (FF) приближений без учета (MFF) и с учетом аномального рассеяния (ASFs); по аппроксимационным уравнениям для атомных форм-факторов и некогерентной функции рассеяния для широкого диапазона (Z = 1-100) атомов химических элементов и параметра , результатов расчетов по программе Xraylib, в которой используется аппроксимация кубическими сплайнами квантово-механических расчетов, а также приближенных формул. Проведены количественные оценки отличий измеренных и расчетных результатов дифференциальных сечений рассеяния. Уточнено значение величины поправки на аномальное рассеяние в приближенной формуле для расчета дифференциального сечения когерентного рассеяния, предложенной А.В. Бахтиаровым и Г.А. Пшеничным.Ключевые слова: рентгенофлуоресцентный анализ, рассеянное излучение, дифференциальные сечения когерентного и некогерентного рассеяния, аномальное рассеяние, форм-факторы.  DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2015.19.2.003

ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ЭФФЕКТИВНОГО АТОМНОГО НОМЕРА СЛОЖНЫХ СРЕД ПО ОСЛАБЛЕНИЮ ИЗЛУЧЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ЭНЕРГИЙ

The method for calculating the effective atomic number    Zэф of complex environments consisting of elements with very different atomic numbers has been proposed. In order to account for the strong nonlinear dependence of the total atomic attenuation coefficient from the atomic number of the element, in contrast to the well-known process, the exponent “n” is introduced in the calculation of the total atomic cross section per electron atom multielement material (electronic section). The verification of the method was carried out by comparing the values Zэф of the total atomic attenuation coefficient obtained with effective atomic number and calculated by the rule of additivity of atomic ratios. The significant improvement was shown in the accuracy of determining the effective atomic number of complex substances. Effective atomic numbers of the two-component samples Al - X (X = 26Fe, 29Cu, 40Zr, 41Nb, 42Mo, 46Pd, 47Ag, 48Cd, 49In, 50Sn) for four photon energies 40.32, 59.54, 94.52, and 136.55 keV were calculated using the atomic attenuation coefficient taken from XCOM table. The effective atomic number value were also obtained for the sample of binary composition Al - Sn at various weight concentrations Sn (0.1-0.9) and energy of 59.54 keV, and Al-Sn (~ 0.08) at four of the above energies. It has been shown that a significant impact on the obtained values is provided not only by the difference between the atomic numbers (Zmax - Zmin) of elements of the substance’s composition, but also by the ratio of the concentrations of these elements. The impact of the above factors was significantly reduced with the increasing photon energy because it reduced the contribution of the photoelectric absorption in the general weakening. The knowledge of the effective atomic number of the medium is necessary to assess the quality of the materials in relation to their use in radiation protection, medical diagnostics, in separation of rocks with different material composition for the operational control of the useful component’s mass fraction and others.Key words: X-ray radiation, attenuation coefficient, effective atomic number, binary alloys, widely differing atomic numbers DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.005A.N. Eritenko, A.L.Tsvetyanskii and A.A.Polev  Southern Federal University, 105, ul. B. Sadovaia, Rostov-na-Donu, 344004, Russian FederationРассмотрен способ вычисления эффективных атомных номеров Zэф сложных  мелкодисперсных сред, состоящих из слоев с различной поверхностной плотностью и сильно отличающимися атомными номерами, по ослаблению излучения различных энергий этими средами. Для учета сильной нелинейной зависимости полного атомного коэффициента ослабления от атомного номера элемента, в отличие от хорошо известного способа, вводится показатель степени n при расчете полного атомного сечения, приходящегося на один электрон атома многоэлементного вещества (электронное сечение).  Проверка предложенного способа проведена путем сравнения значений полных атомных коэффициентов ослабления,  полученных с использованием эффективного атомного номера и рассчитанных по правилу аддитивности для атомных коэффициентов. Показано существенное улучшение точности определения эффективных атомных номеров сложных веществ. Вычислены эффективные атомные номера двухкомпонентных образцов Al – X (X = 26Fe, 29Cu, 40Zr, 41Nb, 42Mo, 46Pd, 47Ag, 48Cd, 49In, 50Sn) для четырех энергий фотонов 40.32, 59.54, 94.52 и 136.55 кэВ с использованием атомных коэффициентов ослабления взятых из таблиц XCOM. Также величины эффективных атомных номеров получены для образца бинарного состава Al – Sn при различных массовых концентрациях Sn (0.1-0.9) и энергии 59.54 кэВ, а Al-Sn (~0.08) при четырех вышеуказанных энергиях. Показано, что существенное влияние на получаемые значения  оказывает не только разница атомных номеров (Zmax - Zmin) элементов из состава вещества, но и соотношение концентраций этих элементов. Влияние вышеуказанных факторов существенно уменьшается с увеличением энергии фотонов, поскольку снижается вклад фотоэлектрического поглощения в общее ослабление. Знание эффективного атомного номера среды необходимо для оценки качества материалов применительно к их использованию в радиационной защите, медицинской диагностики, разделения горных пород с различным вещественным составом для оперативного контроля массовой доли полезного компонента и др.Ключевые слова: Рентгеновское излучение, коэффициент ослабления, эффективный атомный номер, бинарные сплавы, сильно отличающиеся атомные номера. DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2017.21.2.00

Методика выбора оптимальной степени повышения давления в вентиляторе по эффективным параметрам силовой установки

Nowadays, civilian aircrafts occupy the major share of global aviation industry market. As to medium and long - haul aircrafts, turbofans with separate exhaust streams are widely used. Here, fuel efficiency is the main criterion of this engine. The paper presents the research results of the mutual influence of fan pressure ratio and bypass ratio on the effective specific fuel consumption. Shows the increasing bypass ratio to be a rational step for reducing the fuel consumption. Also considers the basic features of engines with a high bypass ratio. Among the other working process parameters, fan pressure ratio and bypass ratio are the most relevant for consideration as they are the most structural variables at a given level of technical excellence. The paper presents the dependence of the nacelle drag coefficient on the engine bypass ratio. For computation were adopted the projected parameters of prospective turbofans to be used in the power plant of the 180-seat medium-haul aircraft. Computation of the engine cycle was performed in Mathcad using these data, with fan pressure ratio and bypass ratio being varied. The combustion chamber gas temperature, the overall pressure ratio and engine thrust remained constant. Pressure loss coefficients, the efficiency of the engine components and the amount of air taken for cooling also remained constant. The optimal parameters corresponding to the minimum effective specific fuel consumption were found as the result of computation. The paper gives recommendations for adjusting optimal parameters, depending on the considered external factors, such as weight of engine and required fuel reserve. The obtained data can be used to estimate parameters of future turbofan engines with high bypass ratio.В настоящее время основную долю мирового рынка авиационной промышленности занимают гражданские самолеты. Для средне - и дальнемагистральных самолетов наибольше распространение получили двухконтурные турбореактивные двигатели с раздельным истечением потоков. При этом основным критерием оценки двигателя является его экономичность. В данной работе представлены результаты исследования взаимного влияния степени повышения давления в вентиляторе и степени двухконтурности на эффективный удельный расход топлива. Была показана рациональность повышения степени двухконтурности с целью уменьшения удельного расхода топлива, а также рассмотрены основные особенности двигателей со сверхвысокими степенями двухконтурности. Степень повышения давления в вентиляторе и степень двухконтурности являются наиболее актуальными к рассмотрению параметрами рабочего процесса, т.к. являются по большей части конструктивными на заданном уровне технического совершенства. В работе приведена зависимость коэффициента сопротивления мотогондолы двигателя от степени двухконтурности. Для расчета были приняты прогнозируемые параметры перспективных двухконтурных турбореактивных двигателей, ориентированных на использование в силовой установке среднемагистрального самолета в классе 180 мест. По этим данным в системе Mathcad был произведен расчет цикла двигателя. При этом варьировались степень повышения давления в вентиляторе и степень двухконтурности. Температура газа в камере сгорания, суммарная степень повышения давления в компрессоре и тяга двигателя оставались постоянными. Также неизменными принимались коэффициенты сохранения полного давления, КПД узлов, величина отбора воздуха на охлаждение. В результате расчета были получены оптимальные параметры, соответствующие минимуму эффективного удельного расхода топлива. Были даны рекомендации по корректировке оптимальных параметров, в зависимости от рассматриваемых внешних факторов, таких как масса двигателя и потребный запас топлива. Полученные данные могут использоваться для предварительной оценки параметров перспективных двухконтурных турбореактивных двигателей со сверхвысокими степенями двухконтурности

Evolutionarily new sequences expressed in tumors

BACKGROUND: Earlier we suggested the concept of the positive evolutionary role of tumors. According to this concept, tumors provide conditions for the expression of evolutionarily new and/or sleeping genes in their cells. Thus, tumors are considered as evolutionary proving ground or reservoir of expression. To support this concept we have previously characterized in silico and experimentally a new class of human tumor-related transcribed sequences. RESULTS: In this article we describe results of further studies of previously described tumor-related sequences. The results of molecular phylogeny studies, Southern hybridization experiments and computational comparison with genomes of other species are presented. CONCLUSION: These results suggest that these previously described tumor-related human transcripts are also relatively evolutionarily new

Fast Diffusion Process in Quenched hcp Dilute Solid 3^3He-4^4He Mixture

The study of phase structure of dilute $^3$He - $^4$He solid mixture of different quality is performed by spin echo NMR technique. The diffusion coefficient is determined for each coexistent phase. Two diffusion processes are observed in rapidly quenched (non-equilibrium) hcp samples: the first process has a diffusion coefficient corresponding to hcp phase, the second one has huge diffusion coefficient corresponding to liquid phase. That is evidence of liquid-like inclusions formation during fast crystal growing. It is established that these inclusions disappear in equilibrium crystals after careful annealing.Comment: 7 pages, 3 figures, QFS200

Effect of Crystal Quality on HCP-BCC Phase Transition in Solid 4He

The kinetics of HCP-BCC structure phase transition is studied by precise pressure measurement technique in 4He crystals of different quality. An anomalous pressure behavior in bad quality crystals under constant volume conditions is detected just after HCP-BCC structure phase transition. A sharp pressure drop of 0.2 bar was observed at constant temperature. The subsequent pressure kinetics is a non-monotonic temperature function. The effect observed can be explained if we suppose that microscopic liquid droplets appear on the HCP-BCC interphase region in bad quality crystals. After the interphase region disappearance, these droplets are crystallized with pressure reduction. It is shown that this effect is absent in high quality thermal-treated crystals.Comment: 4 pages, 4 figure

Features of calculating the effective atomic number of complex media by attenuating radiation of various energies

The method for calculating the effective atomic number Zэф of complex environments consisting of elements with very different atomic numbers has been proposed. In order to account for the strong nonlinear dependence of the total atomic attenuation coefficient from the atomic number of the element, in contrast to the well-known process, the exponent “n” is introduced in the calculation of the total atomic cross section per electron atom multielement material (electronic section). The verification of the method was carried out by comparing the values Zэф of the total atomic attenuation coefficient obtained with effective atomic num ber and calculated by the rule of additivity of atomic ratios. The significant improvement was shown in the accuracy of determining the effective atomic number of complex substances. Effective atomic numbers of the two-component samples Al - X (X = 26Fe, 29Cu, 40Zr, 41Nb, 42Mo, 46Pd, 47Ag, 48Cd, 49In, 50Sn) for four photon energies 40.32, 59.54, 94.52, and 136.55 keV were calculated using the atomic attenuation coefficient taken from XCOM table. The effective atomic number value were also obtained for the sample of binary composition Al - Sn at various weight concentrations Sn (0.1-0.9) and energy of 59.54 keV, and Al-Sn (~ 0.08) at four of the above energies. It has been shown that a significant impact on the obtained values is provided not only by the difference between the atomic numbers (Zmax - Zmin) of elements of the substance’s composition, but also by the ratio of the concentrations of these elements. The impact of the above factors was significantly reduced with the increasing photon energy because it reduced the contribution of the photoelectric absorption in the general weakening. The knowledge of the effective atomic number of the medium is necessary to assess the quality of the materials in relation to their use in radiation protection, medical diagnostics, in separation of rocks with different material composition for the operational control of the useful component’s mass fraction and others.Рассмотрен способ вычисления эффективных атомных номеров Zэф сложных мелкодисперсных сред, состоящих из слоев с различной поверхностной плотностью и сильно отличающимися атомными номерами, по ослаблению излучения различных энергий этими средами. Для учета сильной нелинейной зависимости полного атомного коэффициента ослабления от атомного номера элемента, в отличие от хорошо известного способа, вводится показатель степени n при расчете полного атомного сечения, приходящегося на один электрон атома многоэлементного вещества (электронное сечение). Проверка предложенного способа проведена путем сравнения значений полных атомных коэффициентов ослабления, полученных с использованием эффективного атомного номера и рассчитанных по правилу аддитивности для атомных коэффициентов. Показано существенное улучшение точности определения эффективных атомных номеров сложных веществ. Вычислены эффективные атомные номера двухкомпонентных образцов Al – X (X = 26Fe, 29Cu, 40Zr, 41Nb, 42Mo, 46Pd, 47Ag, 48Cd, 49In, 50Sn) для четырех энергий фотонов 40.32, 59.54, 94.52 и 136.55 кэВ с использованием атомных коэффициентов ослабления взятых из таблиц XCOM. Также величины эффективных атомных номеров получены для образца бинарного состава Al – Sn при различных массовых концентрациях Sn (0.1-0.9) и энергии 59.54 кэВ, а Al-Sn (~0.08) при четырех вышеуказанных энергиях. Показано, что существенное влияние на получаемые значения Zэф оказывает не только разница атомных номеров (Zmax - Zmin) элементов из состава вещества, но и соотношение концентраций этих элементов. Влияние вышеуказанных факторов существенно уменьшается с увеличением энергии фотонов, поскольку снижается вклад фотоэлектрического поглощения в общее ослабление. Знание эффективного атомного номера среды необходимо для оценки качества материалов применительно к их использованию в радиационной защите, медицинской диагностики, разделения горных пород с различным вещественным составом для оперативного контроля массовой доли полезного компонента и др

Systematic dissection of biases in whole-exome and whole-genome sequencing reveals major determinants of coding sequence coverage

Advantages and diagnostic effectiveness of the two most widely used resequencing approaches, whole exome (WES) and whole genome (WGS) sequencing, are often debated. WES dominated large-scale resequencing projects because of lower cost and easier data storage and processing. Rapid development of 3(rd) generation sequencing methods and novel exome sequencing kits predicate the need for a robust statistical framework allowing informative and easy performance comparison of the emerging methods. In our study we developed a set of statistical tools to systematically assess coverage of coding regions provided by several modern WES platforms, as well as PCR-free WGS. We identified a substantial problem in most previously published comparisons which did not account for mappability limitations of short reads. Using regression analysis and simple machine learning, as well as several novel metrics of coverage evenness, we analyzed the contribution from the major determinants of CDS coverage. Contrary to a common view, most of the observed bias in modern WES stems from mappability limitations of short reads and exome probe design rather than sequence composition. We also identified the similar to 500kb region of human exome that could not be effectively characterized using short read technology and should receive special attention during variant analysis. Using our novel metrics of sequencing coverage, we identified main determinants of WES and WGS performance. Overall, our study points out avenues for improvement of enrichment-based methods and development of novel approaches that would maximize variant discovery at optimal cost